Содержание материала

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ МЕТОДОВ
Как видно из схемы классификации, приведенной на рис. 1.2, к высокочастотным относится только часть дистанционных методов ОМП. Прежде всего рассмотрим импульсные методы, принцип действия которых основан на измерении интервалов времени распространения электромагнитных волн (импульсов) по участкам линий.
По признаку использования для отсчета времени специально генерируемых импульсов или же возникающих в месте повреждения линии электромагнитных волн целесообразно разделить методы на локационные и волновые. В свою очередь волновые методы надо разделить 

на двусторонние и односторонние по фиксации моментов прихода фронтов волн на обоих концах линии или на одном конце. При двусторонних измерениях необходима посылка так называемых хронирующих сигналов, обеспечивающих «привязку» к общему началу отсчета времени измерительных элементов на обоих концах линии. По периоду посылки хронирующих сигналов двусторонние волновые измерения целесообразно разделить на методы с предварительным и с последующим хронирующими сигналами. 


Рис. 1.3. Схема классификации импульсных методов ОМП.
1 — импульсные методы; 2 — локационные методы; 3 — волновые методы; 4 и 5 — волновые односторонние и двусторонние измерения; 6 и 7 — предварительная и последующая посылки хронирующих сигналов.
Рис. 1.4. Трасса распространения импульсов и временные соотношения при локационном методе ОМП.
1 — линия; 2 — место повреждения; 3 — трасса распространения импульсов; 4—5 — зондирующий и отраженный импульсы.

Описанная классификация схематически показана на рис. 1.3. Классификация полностью охватывает все существенные различия между известными в настоящее время методами. Для удобства сопоставления этой классификации с употребляемой в США и Японии, где методы обозначаются буквами латинского алфавита, приведена табл. 1.2.

Локационный метод [4] основан на измерении времени между моментом посылки в линию зондирующего электрического импульса и моментом прихода к началу линии импульса, отраженного от места повреждения. Трасса распространения импульсов в поврежденной линии и временные соотношения показаны на рис. 1.4. Послав в линию импульс, измеряют интервал tл — время двойного пробега этого импульса до места повреждения. Искомое расстояние до места повреждения

где v — скорость распространения импульса в линии.
Локационные измерения подразделяется на автоматические и неавтоматические. Первые используются для ВЛ, включенных в находящуюся под рабочим напряжением электрическую сеть. При срабатывании релейной защиты запускается автоматический локационный искатель, который фиксирует искомое расстояние за время, меньшее одной десятой доли секунды. Если в результате успешного АПВ линия остается в работе, то на основе полученного замера можно выполнить профилактический ремонт.

Таблица 1.2

Измерения в период горения дуги КЗ — важное условие ОМП на ВЛ. После погасания дуги на поврежденной ВЛ получить необходимый отраженный импульс при неавтоматической локации в большинстве случаев не удается. На КЛ неавтоматическая локация весьма эффективна.

 Волновой метод двусторонних измерений [4] основан на измерении времени между моментами достижения концов линии фронтами электромагнитных волн, возникающих в месте повреждения.
На рис. 1.5, а показан один провод линий электропередачи длиной L, который в момент повреждения t=0 заряжен до напряжения V, например, положительной полярности. При возникновении пробоя изоляции этого провода на землю в некоторой точке, удаленной от конца линии на расстояние, напряжение в этой точке становится равным нулю. Вследствие этого в месте повреждения возникают распространяющиеся в обе стороны электромагнитные волны напряжением — U, стремящиеся со скоростью ν распространить нулевой потенциал по всей линии (рис. 1.5, б).


Поскольку точность измерения интервала Δt составляет единицы микросекунд, то с такой же точностью необходимо вести синхронный счет времени на обоих концах линии. Это при современном уровне техники требует посылки с одного (ведущего) конца линии на другой (ведомый) хронирующих сигналов, обеспечивающих привязку моментов отсчета.
Волновой метод двусторонних измерений с предварительными хронирующими сигналами поясняется рис. 1.6. На обоих концах линии непрерывно ведут счет времени одинаковые счетчики. 

Рис. 1.6. Временные соотношения при волновом методе двусторонний измерений с предварительными хронирующими сигналами.
а — момент возникновения повреждения; б — момент достижения фронтом волны ближнего от места повреждения конца линии; в — момент достижения фронтом волны дальнего конца линии; 1 — линия; 2 — место повреждения; 3 — трасса хронирующих сигналов; 4 и 5 — ведущий и ведомый счетчики.

Со стороны ведущего конца (левого на рис. 1.6) периодически поступают хронирующие импульсы, обеспечивающие синхронность хода счетчиков
(счетчики могут синхронизироваться и непрерывными синусоидальными сигналами, это не вносит существенных отличий). Поскольку время распространения хронирующих сигналов вполне определенное, то начало отсчета на ведомом конце в любой момент времени сдвинуто по отношению к началу работы ведущего счетчика на известное время t0 (рис. 1.6, а). Если хронирующие сигналы передаются по самой обслуживаемой линии, то t0 ≈L/v.
Хронирующие сигналы могут передаваться по какому- либо каналу связи, например радиорелейной линии. При этом интервал времени t0 также известен.
Возникающие в момент КЗ электромагнитные волны распространяются к обоим концам линии. В моменты достижения фронтами волн концов линии соответствующие счетчики останавливаются.
В соответствии с рис. 1.6 разность показаний счетчиков

Волновой метод двусторонних измерений с после дующими хронирующими сигналами рассмотрен на рис 1.7 При этом методе измерений счетные устройства находятся в «ждущем» режиме. В нормальных условиях хронирующие сигналы не передаются. Возникновение КЗ (момент 0 на рис. 1.7) вызывает появление электромагнитных волн, распространяющихся к концам линии.

Рис. 1.7. Трасса волн и хронирующего импульса и временные соотношения при волновом методе двусторонних измерений с последующими хронирующими сигналами.
а — отсчет времени ведется без задержки; б — отсчет ведется с задержкой; 0 — момент возникновения повреждения; 1 и 2 — приход фронта волны к ведущему и ведомому концам линии; Г — запуск счета времени при исключении задержки; 3 — момент посылки хронирующего импульса; 4 — приход хронирующего импульса к ведущему концу линии; t1 = (L — l')/υ; t2 = l'/v;     t3 — длительность калиброванной задержки; t0 — длительность прохождения хронирующего импульса между концами линии.

При достижении фронтом волны ведущего конца линии (момент 1 на рис. 1.7) там начинается счет времени. Приход фронта волны к ведомому концу (момент 2) вызывает мгновенную или задержанную на заданное время t3 посылку хронирующего импульса (момент 3). Этот импульс, достигнув противоположного конца линии через интервал времени t0 (момент 4), останавливает там счет времени.
В соответствии с рис. 1.7 отсчитанный интервал времени


К началу линии, имеющей обрыв или КЗ, присоединяют генератор переменной частоты (ГПЧ) и вольтметр V (рис. 1.8, а) и снимают зависимость показаний вольтметра от частоты. Характер этой зависимости показан на рис. 1.8, в. Изменения напряжения вдоль линии при КЗ и резонансе показаны на рис. 1.8, б. По мере изменения частоты входное сопротивление периодически меняется, вследствие чего меняются показания вольтметра.

Рис. 1.8. Измерения методом стоячих волн.

а — принципиальная схема соединений; б изменение напряжения вдоль линии при резонансе; в — изменение напряжения в начале линии в зависимости от частоты; 1 — кабель; 2 — место КЗ.

Для любого волнового канала (определенного подключения к проводам линии) характер изменения входного сопротивления аналогичен. Если взять для упрощения волновой канал линии

Таким образом, по разности частот между соседними максимумами (минимумами) показаний вольтметра определяют расстояние до места повреждения.
При измерении с обоих концов линии расчет производится по формуле
При наличии переходного сопротивления в месте повреждения изоляции или шунтирующего сопротивления в месте обрыва диапазон колебаний входного сопротивления уменьшается. Еще более затрудняется измерение при существовании на линии неоднородностей, так как в этом случае, возникают дополнительные стоячие волны, которые накладываются на волны, вызванные наличием повреждения. Для трехфазных линий включение генератора и вольтметра не на определенный волновой канал, а, например, по схеме «поврежденный провод — оболочка» дополнительно искажает картину стоячих волн из-за различных скоростей распространения волн по разным каналам. Поэтому для КЛ, где скорости разных каналов мало различаются, измерение по указанной выше схеме практически еще возможно. Для ВЛ при ОМП методом стоячих волн можно использовать только межпроводный канал.
Метод стоячих волн по всем показателям уступает импульсным методам. В СССР он никогда не использовался. За рубежом он применяется редко, только при отсутствии импульсной аппаратуры.